一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法及应用，目的在于解决在跨声速风洞中，有模型存在时，由于壁板对模型、支撑系统绕流场的约束，通常会导致模型绕流对应的马赫数偏高，传统方法导致修正后马赫数偏离名义值的缺点。本申请将试验模型、支撑系统的堵塞效应考虑为控制目标马赫数的增量，明确风洞运行总压、总温和名义马赫数后，利用风洞参考位置马赫数对应关系和堵塞效应修正因子计算参考位置马赫数修正量、堵塞效应引起的马赫数增量，通过试验前叠加，确保模型绕流等效马赫数与名义值相等，提高试验结果的可靠性。采用本申请，能够确保修正后的数据在相同的马赫数下进行对比分析，显著提高数据质量。显著提高数据质量。显著提高数据质量。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法及应用


[0001]本专利技术涉及实验空气动力学领域，具体为一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法及应用。

技术介绍

[0002]马赫数是高速风洞试验中最重要的模拟参数，表征流体压缩性的影响，定义为速度与声速的比值。在跨声速风洞试验中，通常测量稳定段总压与参考位置静压，然后通过等熵公式进行计算，运行前设置控制目标马赫数，结合流场校测得到的试验段模型区平均马赫数与参考位置马赫数之间的对应关系，实现风洞马赫数控制。而实际上，由于试验模型和试验段壁板的存在，流校获得的对应关系仅能保证空风洞模型区的流场马赫数；有模型存在时，由于壁板对模型、支撑系统绕流场的约束，通常会导致模型绕流对应的马赫数偏高，影响试验结果的可靠性，试验中通常采用洞壁干扰修正的方法，得到等效的模型绕流马赫数。采用该方式，一方面增加了洞壁干扰修正引起的附加误差和试验成本；另一方面，修正后的试验结果并非飞行器设计所需要的目标值，给数据评价和后期使用造成了较大的困扰。尤其对于低温风洞，不同运行温度导致壁面边界条件的变化，马赫数的修正量并不一致，使数据分析和对比的难度大幅增加。
[0003]为此，迫切需要一种新的装置和/或方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的在于：针对在跨声速风洞中，有模型存在时，由于壁板对模型、支撑系统绕流场的约束，通常会导致模型绕流对应的马赫数偏高，传统方法导致修正后马赫数偏离名义值的缺点，提供一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法。更具体地，本申请提供一种考虑堵塞效应的风洞参考位置控制目标马赫数的确定方法，尤其适用于低温风洞试验，在准确可靠的基础上，快速确定风洞运行条件，为数据评估和相关性分析提供有力手段。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法，包括如下步骤：S1、针对试验运行总压、总温状态，利用空风洞流场校测试验获得的名义马赫数M与参考位置马赫数M
ref
对应关系，计算试验运行状态下的参考位置马赫数修正量
△
M
ref
，计算公式如下：
ꢀꢀꢀ
（1）；S2、利用堵塞效应修正因子f(M,Ret)，计算试验模型引起的等效马赫数增量，计算公式如下：
ꢀꢀꢀ
（2），式中，为雷诺数，为等效马赫数增量；
S3、利用模型体积V
m
、支撑系统体积V
s
，堵塞效应修正校测时采用的试验模型体积V
mref
、堵塞效应修正校测时采用的试验支撑系统体积V
sref
，计算总堵塞效应引起的绕流等效马赫数增量
△
M
t
，计算公式如下：
ꢀꢀꢀ
（3）；S4、从名义马赫数M中扣除参考位置马赫数修正量
△
M
ref
、总堵塞效应引起的绕流等效马赫数增量
△
M
t
，确定当前总温、总压状态下的参考位置的控制目标马赫数M
cref
，计算公式如下：
ꢀꢀꢀ
（4）。
[0006]所述S1中，流场校测是指利用静压探测管测量跨声速风洞试验段中心线上静压分布，结合风洞稳定段测量的总压计算获得试验段内的马赫数分布。
[0007]所述参考位置马赫数是指利用跨声速风洞试验段侧壁或风洞驻室内某位置测得的静压，结合风洞稳定段测量的总压计算获得的马赫数，是试验中风洞马赫数的直接控制目标。
[0008]所述S1中，对应关系是指通过流场校测得到的试验段模型区平均马赫数与参考位置马赫数的关系，利用试验结果绘制曲线，横坐标为名义马赫数，纵坐标为二者之差，然后利用拟合或插值的方法得到当前运行状态下的参考位置马赫数修正量。
[0009]所述堵塞效应是指，由于试验模型和支撑系统的存在，导致试验段内模型绕流与实际飞行状态下的差异，采用叠加马赫数增量的方式进行修正。
[0010]所述堵塞效应修正因子是指堵塞效应引起的马赫数增量，是试验马赫数、雷诺数的函数，跨声速风洞需要进行专门的标模对比试验确定堵塞效应修正因子，堵塞效应修正因子是试验结果评估修正的输入条件。堵塞效应修正因子f(M,Ret)的计算，可以参照：刘光远，魏志，彭鑫，陈德华，贾智亮，跨声速风洞槽壁干扰评估与修正技术的应用[J]，航空学报，2018，039（002）：73
‑
82。S2中，对流场校测结果和堵塞效应修正因子进行多项式拟合，在风洞运行参数处插值得到对应的修正量值，能够得到的更好的技术效果。
[0011]前述考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法的应用，将该方法应用于跨声速风洞马赫数确定中。
[0012]针对在跨声速风洞中，有模型存在时，由于壁板对模型、支撑系统绕流场的约束，通常会导致模型绕流对应的马赫数偏高，现有洞壁干扰修正方法所修正后的试验结果并非飞行器设计所需要的目标值，给数据评价和后期使用造成了较大困扰的问题，本申请提供一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法。
[0013]为了达到更好的技术效果，新风洞流场调试后，在型号应用前，应当进行堵塞效应修正因子的测试工作，利用修正洞壁干扰前、后的标模试验结果，获得堵塞效应修正因子随试验参数（马赫数、雷诺数）的变化关系。
[0014]为了达到更好的技术效果，在流场校测中建议将静压探测管安装在最常用的支撑系统上，将支撑系统的堵塞效应影响作为参考位置马赫数修正量考虑。
[0015]本申请中，将试验模型、支撑系统的堵塞效应考虑为控制目标马赫数的增量，明确风洞运行总压、总温和名义马赫数后，利用风洞参考位置马赫数对应关系和堵塞效应修正因子计算参考位置马赫数修正量、堵塞效应引起的马赫数增量，通过试验前叠加，确保模型
绕流等效马赫数与名义值相等，提高试验结果的可靠性。
[0016]本申请提出了一种确定低温风洞马赫数的新思路，利用堵塞效应修正因子计算风洞不同运行条件下的马赫数增量，在风洞运行前，将该修正量与参考位置马赫数修正量共同叠加在名义马赫数上，得到参考位置的控制目标马赫数。采用本申请，能够确保数据修正后马赫数为飞行器设计需要的名义马赫数，尤其适用于低温风洞，在不同运行温度条件下叠加对应的修正马赫数，可以确保修正后的数据在相同的马赫数下进行对比分析，显著提高数据质量。
[0017]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：（1）本申请提供了一种确定低温风洞马赫数的新思路，突破了原有马赫数计算路径，将模型、支撑系统的堵塞效应叠加在马赫数增量中，使堵塞效应修正后的马赫数为飞行器设计单位需要的目标值，属于控制思路创新；（2）在试验前，根据已有数据快速确定控制目标马赫数，确保修正后数据满足型号研制需求，适用于低温和常规风洞，尤其适用于跨声速风洞马赫数确定中，具有工程实用性高的优点，进一步提升马赫数测定结果的准确性。
附图说明
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑堵塞效应的低温风洞马赫数确定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、针对试验运行总压、总温状态，利用空风洞流场校测试验获得的名义马赫数M与参考位置马赫数M
ref
对应关系，计算试验运行状态下的参考位置马赫数修正量
△
M
ref
，计算公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）；S2、利用堵塞效应修正因子f(M,Ret)，计算试验模型引起的等效马赫数增量，计算公式如下：
ꢀꢀꢀ
（2），式中， 为雷诺数， 为等效马赫数增量；S3、利用模型体积V
m
、支撑系统体积V
s
，堵塞效应修正校测时采用的试验模型体积V
mref
、堵塞效应修正校测时采用的试验支撑系统体积V
sref
，计算总堵塞效应引起的绕流等效马赫数增量
△
M
t
，计算公式如下：
ꢀꢀꢀ
（3）；S4、从名义马赫数M中扣除参考位置马赫数修正量
△
M
ref
、总堵塞效应引起的绕流等效马赫数增量
△
M
t
，确定当前总温、总压状态下的参考位置的控制目标马赫数M
cref
，计算公式如下：
ꢀꢀꢀꢀ

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光远，王元靖，李宇辰，刘大伟，彭鑫，郭秋亭，文豪，邓吉龙，向光伟，蔡金延，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：